一種改性聚丙烯樹脂及其製備方法與流程

2023-05-01 13:54:16

本發明涉及材料領域，具體是一種改性聚丙烯樹脂及其製備工藝。
背景技術：
：聚丙烯英文名為Polypropylene，簡稱PP(以下或簡稱PP)，俗稱百折膠。聚丙烯採用齊格勒-納塔催化劑使丙烯催化聚合而得，它是分子鏈節排列得很規整的結晶形等規聚合物。聚丙烯按其結晶度可以分為等規聚丙烯和無規聚丙烯，等規聚丙烯為高度結晶的熱塑性樹脂，結晶度高達95％以上，分子量在8-15萬之間。PP不存在環境應力開裂問題。通常，採用加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對PP進行改性。PP的流動率MFR範圍在1-40。低MFR的PP材料抗衝擊特性較好但延展強度較低。為了改善聚丙烯的耐熱性、提高剛性、降低成品收縮率、降低成本等，通常通過添加無機粉體來改善樹脂的性能，現有的粉體填充樹脂主要是將樹脂、粉體、各種助劑同時添加到高混機中，然後以高速混合的方法進行強制分散，再通過餵料鬥進入擠出機進行擠出造粒。如果粉體含量過高，隨著高混過程中溫度逐漸升高，容易造成粉體的團聚，難以在樹脂中均勻分散，經常出現樹脂與粉體分離的現象，如何將高含量粉體在樹脂中均勻分散是行業難題。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供一種粉體填料含量高且分散均勻的改性聚丙烯樹脂；本發明的另一個目的是提供上述改性聚丙烯樹脂的製備方法。為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：一種改性聚丙烯樹脂，各組分質量百分含量為：PP樹脂：50％-85％，粉體填料：20％-50％，活化劑：0.1％-5％，偶聯劑：0.1％-5％；各組分質量百分含量之和為100％。作為進一步的優選方案，上述的改性聚丙烯樹脂，各組分質量百分含量為：PP樹脂：51％，粉體填料：44.5％，活化劑：4％，偶聯劑：0.5％。優選地，所述PP樹脂為單一PP樹脂或者兩種以上PP樹脂的混合。優選地，所述粉體填料採用無機粉體材料。進一步優選地，所述粉體填料採用碳酸鈣、硫酸鋇、矽灰石、二氧化矽、滑石粉、雲母等單一或兩種以上的混合粉體。優選地，所述粉體填料的目數為900-2500目，例如：900目、1000目、1100目、1200目、1300目、1500目、1580目、1700目、1800目、1920目、2000目、2100目、2250目、2500目，等，均可。優選地，所述活化劑為硬脂酸、硬脂酸鹽、羧酸鹽、磷酸鹽或季銨鹽中的一種或兩種以上的組合。優選地，所述的偶聯劑為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑中的一種或兩種以上的組合。如KH550、KH570等。上述改性聚丙烯樹脂的製備工藝，包括如下步驟：1)將PP樹脂與偶聯劑於高混機中混合充分，形成混合料A；2)將粉體與活化劑於高混機中混合充分，形成混合料B；3)將混合料B加入到混合料A中，充分混合，形成全混料；4)再將步驟3)得到的全混料進行擠出造粒。優選地，所述步驟1)中，高混機轉速為800-1000rpm，例如：800rpm、820rpm、850rpm、870rpm、900rpm、950rpm、980rpm、1000rpm等；混合3-5min，例如：3min、3.5min、4min、4.5min、5min。優選地，所述步驟2)中，先以800-1000rpm的轉速混合3-5min，再以100-250rpm的轉速混合1-3min。例如：先以800rpm的轉速混合5min，再以250rpm的轉速混合1min，或者，先以1000rpm的轉速混合3min，再以100rpm的轉速混合3min，或者，先以900rpm的轉速混合4min，再以200rpm的轉速混合2min，等等。優選地，所述步驟3)中，以800-1000rpm的轉速混合3-7min。例如：以800rpm的轉速混合7min，或者，以1000rpm的轉速混合3min，或者，以900rpm的轉速混合5min，等等。優選地，所述步驟4)中，採用雙螺杆擠出機擠出造粒，雙螺杆擠出機的主機的轉速為250-300rpm，例如：250rpm、260rpm、270rpm、280rpm、290rpm、300rpm，等。優選地，擠出加工溫度：一區140-160℃，二區155-165℃，三區160-170℃，四區170-180℃，五區170-180℃，六區180-190℃，七區180-190℃，八區180-190℃，九區180-190℃，模頭190-200℃。例如：一區140℃，二區165℃，三區160℃，四區180℃，五區170℃，六區190℃，七區180℃，八區190℃，九區180℃，模頭200℃；或者，一區160℃，二區155℃，三區170℃，四區170℃，五區180℃，六區180℃，七區190℃，八區180℃，九區190℃，模頭190℃；或者，一區152℃，二區160℃，三區163℃，四區175℃，五區177℃，六區182℃，七區184℃，八區187℃，九區190℃，模頭196℃，等等。所述粉體填料的加入，有利於提高PP樹脂的剛性及某些性能，並且降低成本。活化劑，用於與粉體表面的極性官能團發生活化反應，硬脂酸鹽、羧酸鹽等在高混攪拌的作用下形成具有負電的金屬離子基團，這種極性基團在與粉體表面的極性基團發生物理吸附及部分基團的化學反應，對粉體表面進行活化處理，降低粉體表面張力。偶聯劑一般由兩部分組成：一部分是親無機基團，可與無機填充劑或增強材料作用；另一部分是親有機基團，可與合成樹脂作用，從而改變了PP樹脂與粉體填料之間的界面能。本發明產品組方通過各組分及含量的有機組合，使之相互協同促進，使得高含量粉體可以在PP樹脂中均勻分散，最終實現提高改性樹脂的穩定性。解決了現有技術中如下問題：1、高含量粉體填料在PP樹脂中難分散、易團聚；2、粉體填料與PP樹脂的相容性差，粉體填料與PP樹脂界面結合性能差；且與其他助劑協同作用，提高了改性樹脂的力學、收縮一致性及穩定性，可實現高含量(可達49.5％)高粉體在聚丙烯樹脂中的均勻分散(灰分正負偏差在0.5％以內)。本發明工藝在合理組方的基礎上，對工藝的混配工藝和擠出工藝進行了改進，先分別將PP樹脂與偶聯劑在一定時間內高速混合，使偶聯劑能夠均勻的粘附在樹脂表面，偶聯劑發生縮合反應，結合成穩定的較長鏈親有機基團，再與樹脂發生纏結，並在樹脂表面內層形成極薄的有機包覆層，偶聯劑的另一端親水反應基團在樹脂表面的外層。活化劑與粉體填料混合過程中，由於粉體填料密度大，先在一定時間內高速混合，將活化劑均勻的分散在粉體表面，在低轉速下，粉體表面的極性基團與活化劑的金屬離子之間相互作用形成螯合結構，活化劑中有機基團朝外形成空間位阻，形成穩定的界面層，有效的防止粉體之間的團聚。再將兩個共混物放入同一高混機中高速混合，使樹脂表面外層的親水基團與粉體填料內層表面的極性基團及金屬離子發生反應，粉體表面外層的有機基團與樹脂表面內層的親有機基團高分子鏈發生纏結，實現了粉體填料均勻分散於PP樹脂中，並且提高了粉體填料與樹脂的結合性。在擠出加工過程中，混合物不會在餵料鬥中出現樹脂與粉體分離的狀況，這種高粉體填充樹脂的改性產品的穩定性好。具體實施方式以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。以下各實施例中，所述PP樹脂為單一PP樹脂或者兩種以上PP樹脂的混合；所述粉體填料採用碳酸鈣、硫酸鋇、矽灰石、二氧化矽、滑石粉、雲母等單一或兩種以上的混合粉體；所述粉體填料的目數為900-2500目，例如：900目、1000目、1100目、1200目、1300目、1500目、1580目、1700目、1800目、1920目、2000目、2100目、2250目、2500目，等，均可；所述活化劑為硬脂酸、硬脂酸鹽、羧酸鹽、磷酸鹽或季銨鹽中的一種或兩種以上的組合；所述的偶聯劑為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑中的一種或兩種以上的組合，如KH550、KH570等。各實施例可在上述範圍內自由選擇。實施例1：一種改性聚丙烯樹脂，各組分參見表1。其製備方法為：將PP樹脂與偶聯劑放入高混機中以900rpm進行高速混合4min；同時將粉體與活化劑放入另一高混機以900rpm高速混合4min再以200rpm低速混合2min後，將粉體與活化劑的混合物取出，然後添加到樹脂與偶聯劑混合物的高混機混合5min後，將混合物置於雙螺杆擠出機的餵料料鬥中再次混合均勻後加入料筒擠出造粒，主機轉速為270rpm。擠出加工溫度：一區152℃，二區160℃，三區163℃，四區175℃，五區177℃，六區182℃，七區184℃，八區187℃，九區190℃，模頭196℃。實施例2：一種改性聚丙烯樹脂，其配方組分參見表1。其製備方法為：將PP樹脂與偶聯劑放入高混機中以800rpm進行高速混合5min；同時將粉體與活化劑放入另一高混機以1000rpm高速混合3min再以250rpm低速混合1min後，將粉體與活化劑的混合物取出，然後添加到樹脂與偶聯劑混合物的高混機混合7min後，將混合物置於雙螺杆擠出機的餵料料鬥中再次混合均勻後加入料筒擠出造粒，主機轉速為250rpm。擠出加工溫度：一區140℃，二區165℃，三區160℃，四區180℃，五區170℃，六區190℃，七區180℃，八區190℃，九區180℃，模頭200℃。實施例3：一種改性聚丙烯樹脂，其配方組分參見表1。其製備方法為：將PP樹脂與偶聯劑放入高混機中以1000rpm進行高速混合3min；同時將粉體與活化劑放入另一高混機以800rpm高速混合5min再以100min低速混合3min後，將粉體與活化劑的混合物取出，然後添加到樹脂與偶聯劑混合物的高混機混合3min後，將混合物置於雙螺杆擠出機的餵料料鬥中再次混合均勻後加入料筒擠出造粒，主機轉速為300rpm。擠出加工溫度：一區160℃，二區155℃，三區170℃，四區170℃，五區180℃，六區180℃，七區190℃，八區180℃，九區190℃。實施例4：一種改性聚丙烯樹脂，其配方組分參見表1。其製備方法為：將PP樹脂與偶聯劑放入高混機中以950rpm進行高速混合4min；同時將粉體與活化劑放入另一高混機以870rpm高速混合3.5min再以150rpm低速混合2.5min後，將粉體與活化劑的混合物取出，然後添加到樹脂與偶聯劑混合物的高混機混合6min後，將混合物置於雙螺杆擠出機的餵料料鬥中再次混合均勻後加入料筒擠出造粒，主機轉速為280rpm。擠出加工溫度：一區145℃，二區163℃，三區165℃，四區172℃，五區177℃，六區181℃，七區185℃，八區185℃，九區188℃，模頭195℃。表1:組分實施例1實施例2實施例3實施例4PP樹脂51kg65kg70kg77kg粉體填料44.5kg30.8kg26.4kg21kg活化劑4kg3.5kg2.8kg1kg偶聯劑0.5kg0.7kg0.8kg1kg結果測試：將上述4項實施例提供的組方經改性造粒得到的粒子進行抽樣，分別抽三個樣品按照國標進行灰分測試，測試結果如表2。表2灰分測試結果灰分結果實施例1實施例2實施例3實施例41#44.3％30.5％26.1％21.1％2#44.1％31.1％25.9％20.8％3#44.8％30.6％26.3％20.7％由上表2可知，採用本發明方法製備的改性樹脂灰分正負偏差在0.5％以內，說明粉體在樹脂中分散非常均勻，同一批次產品的一致性非常好，穩定性好。這主要是由於樹脂與偶聯劑先通過高混工藝使得偶聯劑與樹脂具有良好的相容性，能夠均勻粘附在樹脂表面，粉體與活化劑通過高混工藝使得硬脂酸鹽及羧酸鹽類物質與粉體表面的羥基發生反應，在高混過程中，在一定溫度範圍內，隨著溫度的升高，粉體表面的活化效果越好，越不容易團聚。通過以上兩種不同的混合工藝處理後再將兩種混合物一起高速混合，樹脂表面的偶聯劑反應基團與活化粉體顆粒表面進行充分的接觸反應，形成穩定的界面層，從而使得粉體分散均勻，結合性好，不會在餵料鬥中出現樹脂與粉體分離的狀況，這種高粉體填充樹脂的改性產品的穩定性好。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp